Upload
hanhu
View
229
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Turbíny na sytou vstupní páru
• Proudění mokré páry
• Turbíny na sytou páru a jejich zvláštnosti
• Erozní působení mokré páry
• Opatření pro omezení účinků eroze
• Systém odvodnění
OBSAH
2
Poruchovost parních turbín a údržba
4
Proudění mokré páry
Strana 63
mm
m
m
mx
′′+′′′
=′′
=
mm
m
m
my
′′+′′
=′
=Platí : y = 1-x. U mokré páry v rovnovážném stavu je teplota funkcí tlaku [tsyt = f(p)] => Tlak a teplota nejsou nezávislé parametry.
Mokrá pára v parních turbínách
V několika koncových stupních kondenzačních turbín v klasických elektrárnách a ve většině stupňů
turbín v jaderných elektrárnách s tlakovodním nebo varným reaktorem expanduje pára pod horní
(pravou) mezní křivkou. Mokrá pára proudící těmito stupni má kapalnou fázi ve formě mlhy, jemných
kapiček, disperzního stavu (tj. kapek vody různé velikosti) nebo vodního filmu (vodní film se pohybuje
po lopatkách směrem k omezujícím stěnám).
Mokrá pára v rovnovážném stavu
Stav mokré páry v rovnovážném stavu je dán jejím tlakem nebo teplotou a její suchostí x (nebo její vlhkostí y).
Suchost páry je definována jako poměr hmotnosti parní fáze k celkové hmotnosti mokré páry .
Vlhkost páry y je poměr hmotnosti kapalné fáze k celkové hmotnosti páry
5
Proudění mokré páry
Strany 63÷64
Expanze páry začínající nad horní mezní křivkou a končící v oblasti mokré páry
Začíná-li expanze páry v dýze nebo v turbínovém stupni nad horní mezní křivkou a končí-li v oblasti mokré
páry, nenastane kondenzace páry v okamžiku přechodu mezní křivky. I pod mezní křivkou expanduje pára
jako přehřátá pára. K tomuto jevu dochází v případech vysoké rychlosti expanze, kdy také dochází k rychlému
poklesu tlaku páry. Pára je podchlazená a je v nestabilním stavu. Do rovnovážného stavu přechází až při
vzniku kapalné fáze.
Rychlost expanze
Důležitou veličinou při popisu expanze z přehřáté páry do oblasti mokré páry je rychlosti expanze �� .
aaa
a Pcp
p
c
d
dp
pP ⋅=
∂∂⋅−=⋅−=ξτ
1&
osová složka rychlosti
osová délková souřadnice v turbíně
( )∫=a
aa
a
c
dξ
ξξτ
0
doba proudění
aaa
pp
pP
ξξ ∂∂−=
∂∂⋅−= )(ln1logaritmický
axiální tlakový spád
6
Proudění mokré páry
Přesycení a podchlazení páry
Při expanzi z přehřáté páry do oblasti mokré
páry, je pára až k bodu B v přehřátém stavu. V
oblasti bodu B dochází ke spontánní
kondenzaci páry. V rovnovážném stavu
odpovídá tlaku p teplota ts(p). Ve skutečnosti
má pára teplotu td. Je tedy podchlazená.
Podchlazení se vyjádří : Δt = ts(p) - td.
Pozn.: Velikost podchlazeni páry závisí na
velikosti kapek vody. Velikost kapek vody je
úměrná rychlosti expanze �� .
Nerovnovážnost stavu se dá vyjádřit kromě podchlazení i hodnotou tzv. přesycení, popř.
logaritmického přesycení. Ty jsou definovány jako poměr tlaků : resp. jeho logaritmus.
)( dS tp
p=ΠZměřený tlak
Tlak sytosti odpovídající změřené teplotě td
Přesycení)(
lnlndS tp
p=Π=ΛLogaritmické přesycení
Strany 64÷65
7
Proudění mokré páry
Ztráta spojená s podchlazením
Při podchlazení je měrný objem páry menší než v rovnovážném stavu. Vykonaná práce
je menší než práce, kterou by vykonala
pára v rovnovážném stavu. Poměrné zmenšení hodnoty entalpického spádu H0 se nazývá ztráta podchlazením. Tato ztráta je cca 2,5 % ÷ 5% (ze spádu dotčeného stupně).
Křivka xB (resp. y)= konst, při níž dojde k prudké (spontánní) kondenzaci, se nazývá
Wilsonova linie. Nejedná se o pevnou hranici. Kondenzace může začít dříve, nebo později. Hlavní význam má rychlost expanze �� .Při výpočtech proudění v oblasti mezi křivkou x = 1 a křivkou xB = konst se předpokládají parametry mokré páry shodné s párou přehřátou.Kondenzace ve Wilsonově bodu je spojena se vzrůstem entropie.
xB=0,977
Strany 65÷66
∫ ⋅= dpvH0
8
Specifika proudění mokré páry v lopatkových mřížích
- Expanze páry je provázena opožděnou kondenzací - podchlazením.
- Na vstupu do lopatkování může pára obsahovat kapky vody různé velikosti.
- Trajektorie kapek se liší od proudnic proudu páry (*)
- Na povrchu profilu lopatek a na omezujících stěnách mezilopatkových kanálů se tvoří vodní film,
který má různou tloušťku i tvar povrchu.
- V mezilopatkovém kanálu dochází mezi fázemi k tření, výměně tepla a hmoty.
Strany 66÷68
(*) Tvar trajektorie kapek vody při pohybu
mokré páry v mezilopatkových kanálech
rozváděcích kol záleží na jejich velikosti.
- Velmi malé kapky o průměru dk < 1 ÷ 5 μm
( v závislosti na tlaku) sledují proudnice
základního proudu.
- Kapky o větším průměru se odchylují od
proudnic tím více, čím je větší jejich průměr.
- Velké kapky o dk > 50 ÷ 100 μm se pohybují
kanálem nezávisle na proudu páry.
1- oblast proudu
kapek za odtokovou
hranou;
2 a 3- odtrhávající se
proudy kapek;
4- odražený proud
kapek.
Schéma pohybu částic kapaliny v mezilopatkovém kanálu rozváděcí mříže
9Strana 68 a opakování z Přednášky 4.
Při proudění mokré páry dochází ke zvýšeným ztrátám. Rekapitulace příčin:
• zvýšení třecích ztrát ve vodním filmu a v mezní vrstvě tvořené dvoufázovým prostředím,
• ztráty energie proudu páry spotřebované na urychlení vodních kapek,
• tření mezi oběma fázemi,
• zvětšení úplavu rozpadem vodního filmu na odtokových hranách lopatek a tím i zvýšení vířivosti
proudu,
• zintenzivnění sekundárních proudění ve válcových oblastech ohraničujících mezilopatkový
kanál, na němž se účastní i kapalná fáze.
Příklady vztahů pro ztrátu vlhkostí :
• Základní Baumannovo pravidlo : ξx = 1 - x (kde x je střední suchost ve stupni).
( ) 2/20 yykx +⋅=ξ• Baumannovo pravidlo s empirickým koeficientem k
• Baumannovo pravidlo s empirickým koeficienty k1,k2
( ) Sx Kyyk ++⋅= 20ξ• Baumannovo pravidlo s empirickými koeficienty k, Ks
2201 ykykx ⋅+⋅=ξ
Ztráty spojené s prouděním mokré páry - tzv. „ztráty vlhkostí“
Proudění mokré páry - ztráty
11
Turbíny na sytou páru a jejich zvláštnosti
Zdroje : Krajíc str. 165, tabulka PT157 a prezentace P.Milčáka„Regenerace“ pro pracovníky Doosan Škoda Power
Turbíny na sytou páru
nejčastěji nacházíme v jaderných elektrárnách s
tlakovodními reaktory, ale nově je můžeme najít i u
některých elektráren s obnovitelnými zdroji, kde je z různých
důvodů nízká vstupní teplota - může jít o elektrárny solární
(CSP - parabolic through), geotermální elektrárny nebo
spalovny odpadů (*).
Problémy které vznikají vlivem zvýšené vlhkosti protékající
páry mají tyto turbíny společné, proto budou vyloženy
společně a ilustrovány na příkladu turbín pro jaderné
elektrárny.
(*) Pára u těchto typů turbín může být i přehřátá, ale kvůli
nízké teplotě je její přehřátí malé a problémy se zvýšenou
vlhkostí jsou obdobné turbínám na sytou páru, proto budou
diskutovány společně.
12
Turbíny na sytou páru a jejich zvláštnosti
Zdroje : Krajíc str. 165, tabulka PT157 a prezentace P.Milčáka „Regenerace“ pro pracovníky Doosan Škoda Power
Specifika turbín pro jaderné elektrárny
• Mají velký výkon a malý entalpický spád, což vede k velkým
hmotnostním průtokům páry průtočnou částí.
• Proto mají vysokotlaká tělesa v dvouproudém uspořádání a
několik dvouproudových NT dílů. Při dvouproudé konstrukci
těsní vnější vysokotlaké ucpávky páru jen o tlaku odpovídajícím
výstupní páře z vysokotlakého dílu.
• Podíl nízkotlakých dílů na celkovém výkonu je 40 ÷ 60 % (turbína
1000 MW v ETE 60 %).
• Vzhledem k tomu, že turbíny v jaderných elektrárnách
zpracovávají menší celkový tepelný spád než turbíny v klasických
tepelných elektrárnách, je vliv ztráty výstupní rychlostí v
turbínách na sytou páru vyšší než v turbínách na vysoké
parametry.
• Turbíny v jaderných elektrárnách mají kvůli eliminaci problémů s
vlhkostí páry použitou vnější separaci vlhkosti a přihřívání páry.
13
Separace vlhkosti a přihřívání páry u turbín v jaderných elektrárnách
Strana 240÷242
Separace vlhkosti a přihřívání páry
14Strany 240÷242
Ideální oběh (izoentropická expanze) jaderné elektrárny s tlakovodním reaktorem v T-s diagramu
• V separátoru se z páry vystupující z vysoko-
tlakého dílu o bilanční vlhkosti 0,12 ÷ 0,13
odlučuje voda.
• Ve skutečnosti bývá skutečná vlhkost nižší, než je
vlhkost bilanční. U bloků VVER 440 a VVER 1000
provozovaných v ČR se vlhkost páry za
vysokotlakým dílem turbíny pohybuje v rozmezí
0,05 ÷ 0,07 (zbytek vlhkosti byl odveden
odvodněním stupňů VT dílu)
• Separací páry se zvyšuje termodynamická
účinnost turbíny, protože se sníží ztráty vlhkostí v
NT dílu
• O málo se zvyšuje i tepelná účinnost cyklu,
neboť teplo z odloučeného separátu se využívá v
regeneračním systému.
• Vlhkost páry za separátorem bývá cca 0,005.
Separace vlhkosti a přihřívání páry
Separace vlhkosti a přihřívání páry u turbín v jaderných elektrárnách
15
Separace vlhkosti a přihřívání páry
Strany 240÷242
Porovnání oběhu s přehříváním a přihříváním páry a oběhu v jaderné elektrárně s tlakovodním reaktorem se separací a přihříváním páry
• Odloučený separát se využívá v regeneračním
systému. Shromažďuje se ve sběrači a odtud se
čerpá čerpadlem separátu do některého z
regeneračních ohříváků. Nejčastěji se zavádí do
napájecí nádrže.
• V přihříváku se pára ohřívá do stavu přehřáté
páry na teplotu cca 247 °C (jež je odvozená z teploty
sytosti topné páry). Jako topná pára se používá pára
odebíraná z parovodu ostré páry před turbínou
nebo z vysokotlakých odběrů pro regenerační
ohřev kondenzátu.
• Přihřívání může být vícestupňové. Například v
1. stupni se používá pára z regeneračního
odběru turbíny a ve 2. stupni ostrá pára z
parovodu.
• Přihříváním se tepelná účinnost cyklu nezvy-
šuje, protože teplota, při které se přivádí teplo,
je nižší než v základním cyklu - viz obrázek.
16Strana 240÷242
• Součástí systému je dochlazování kondenzátu topné
páry (viz linie (A) v obrázku) v podchlazovačích
chlazených napájecí vodou. Kondenzát je zaveden do
některého z regeneračních ohříváků. Nejčastěji do
napájecí nádrže.
Separace vlhkosti a přihřívání páry
• Stabilizační pára - nezkondenzovaná topná pára
z přihříváku (viz linie (D) v obrázku) , používaná
v horizontálních separátorech - přihřívácích pro
zamezení pulzací ve vodorovných hadech se
zavádí do vysokotlakých ohříváků.
17Strana 243÷244
Separace vlhkosti a přihřívání páry
Volba dělícího tlaku pd , při kterém se
provádí separace vlhkosti a přihřívání páry
Dělící tlak páry při separaci-přihřívání se volí takový, aby odpovídal tzv. termodynamickému optimu, kdy je největší tepelná účinnost oběhu. Se zvyšováním dělícího tlaku
roste tepelná účinnost cyklu, ale klesá termodynamická
účinnost vlivem zvyšující se vlhkosti páry. Naopak při nízkém dělícím tlaku bude nízká tepelná účinnost cyklu a nízká vlhkost páry v koncových stupních nízkotlaké části.
18Strana 243÷244
Separace vlhkosti a přihřívání páry
Hlavní zařízení - separátor-přihřívák
• Separační zařízení bývá žaluziového typu. Jedná se o svisle
uspořádané bloky lamel z vlnitého plechu nebo může být
sestaveno ze skupin vysokorychlostních odstředivých
odlučovačů.
• Separační zařízení bývá spolu s přihřívákem v jedné tlakové
nádobě, může však být jako samostatné zařízení umístěno co
nejblíže k výstupu páry z vysokotlaké části turbíny. Přihřívák v
oddělené tlakové nádobě je pak umístěn co nejblíže ke vstupu
páry do nízkotlaké části.
• Přihřívák páry tvoří trubkové teplosměnné plochy. Mohou být
provedeny z hladkých nebo žebrovaných trubek.
Podélný řez - horizontální separátor-přihřívák TG 1000 MW [ETE].
Příčný řez - horizontální separátor-přihřívák TG 1000 MW [ETE].
19Strana 243÷244
Hlavní zařízení - separátor - přihřívák
• U vodorovných přihříváků je část nezkondenzované
topné páry zavedena mimo přihřívák do tlakově
nejvýše umístěného vysokotlakého ohříváku.
Důvodem je zamezení tlakových pulzací vyvolaných
stykem topné páry se stagnujícím kondenzátem,
které by pak vedly ke zničení teplosměnných ploch.
• Vnitřní vestavby jsou z nerezových plechů.
• Ve výstupní části je provedeno stínění, aby přihřátá
pára nepřišla do styku s pláštěm tlakové nádoby
separátoru-přihříváku.
Další části zařízení
2. Sběrač separátu, odkud se odloučená voda čerpá
do tlakově vhodného regeneračního ohříváku
(ponejvíce do napájecí nádrže).
3. Čerpadla separátu.
4. Sběrače kondenzátu topné páry.
5. Pojišťovací ventily tlakové nádoby separátoru-
přihříváku.
22
Erozní působení mokré páry
Strana 126
Směr rychlosti kapek vody w1´ je jiný než směr rychlosti páry. Úhel β1´ > β1. Oběžná lopatka má
náběžnou hranu navrženou na úhel β1. Kapičky vody dopadající na oběžnou lopatku pod úhlem β1´
způsobují erozi jejího povrchu. Povrch je pak nerovný a drsný. Erozi způsobují především kapičky
vody o velkém průměru (10 μm ÷ 500 μm).
Erozní působení mokré páry je možno popisovat na základě představy rychlostních trojúhelníků páry a kapiček vody :
23
Eroze lopatek turbíny
Strany 127÷128
Rychlost eroze závisí:
- Na kinetické energii kapek dopadajících na
oběžnou lopatku.
- Na velikosti vodních kapek.
- Na šířce mezery mezi rozváděcími a oběžnými
lopatkami. Čím je mezera širší, tím jsou
kapičky vody více rozdrobené a tím je rychlost
kapiček vody bližší rychlosti parního proudu.
Při tom roste součinitel skluzu rychlosti
(poměr rychlosti proudění vodních kapek a
proudu páry). Kapky pak způsobí menší erozi.
- Na počtu nárazů kapiček na jednotku plochy
povrchu lopatky.
Proudění kapalné fáze na výstupu z rozváděcí mříže je možno rozdělit do několika druhů:
- Kapičky vody nejmenšího průměru (< 5 μm) vyskytující se v páře ve formě mlhy, které prošly kanálem,
nedotýkaly se jeho stěn a mají rychlost prakticky shodnou s proudem páry. Ty erozi nezpůsobují.
- Kapičky, které se vytvořily odtržením z vodního filmu na stěnách kanálu (3).
- Kapičky, které se vytvořily odražením a odtržením kapek ze stěny lopatek (2 a 4).
- Kapičky vzniklé rozpadem filmu tekoucím přes odtokové hrany (1).
1- oblast proudu kapek za odtokovou hranou;
2 a 3- odtrhávající se proudy kapek; 4- odražený proud kapek.
Schéma pohybu částic kapaliny v mezilopatkovém kanálu rozváděcí mříže
24Strana 127
Velikost eroze lopatky turbíny v závislosti na její době provozu
• U dlouhých lopatek se eroze
materiálu lopatek zvětšuje od
paty ke špičce. Způsobuje to
jednak zvětšující se rozdíl úhlů
��´ a �� podél délky lopatky a
zvyšující se vlhkosti páry od
paty lopatky ke špičce lopatky.
• Poškození lopatek se mění v závislosti na čase.
V počáteční fázi je eroze velmi intenzivní. V druhé fázi dochází ke snížení rychlosti eroze. Ve třetí fázi již k úbytku materiálu prakticky nedochází.
• Erozí náběžných hran se
zmenšuje velikost tětivy. Při
velkém zmenšení délky tětivy
(udává se 0,2 až 0,3 délky
tětivy) může dojít k destrukci
lopatky.
Eroze lopatek turbíny
a) Aktivní prostředky, kterými se předchází erozním
účinkům vlhké páry
25
Opatření pro omezení účinků eroze
a1) Snížení vlhkosti páry před stupněm y0
a2) Konstrukční provedení průtočné části, které napomáhá
odvodu vlhkosti mimo turbínu nebo ke zmírnění jejího erozního
účinku
Strana 128÷129
a3) Snížení hodnoty (u/cf) pod optimální hodnotu
b) Pasivní ochrana pro zmenšení dopadů eroze
26
Aktivní prostředky předcházení erozním účinkům
Strana 128
1) Snížení vlhkosti páry před stupněm y0 :
• Zvýšením teploty vstupní páry při jejím stejném tlaku.
• Přihříváním páry v kotli v elektrárnách s klasickými parametry.
• Vnější separací vlhkosti a přihříváním páry v jaderných elektrárnách.
• Snížením tlaku vstupní páry nebo snížením dělícího tlaku přihřívání u fosilního bloku
• Snížením tlaku páry při vnější separací vlhkosti a přihřívání páry.
• Zvětšením tepelného spádu v posledním stupni turbíny.
Viz kapitola vnější separace vlhkosti a přihřívání v jader-nýchelektrár-nách
2) Konstrukční provedení průtočné části, které napomáhá odvodu vlhkosti mimo turbínu
nebo se zmírnění jejího erozního účinku
• Velké množství regeneračních odběrů, kterými se odvádí z obvodu stupňů vlhkost.
• Minimalizace míst, na kterých dochází ke koncentraci erozních účinků mokré páry (např. náhlé
změny tvaru průtočné části. výztuhy, tlumící dráty).
• Zvětšení axiální vzdálenosti mezi rozváděcí a oběžnou mříží včetně zvětšování osové mezery se
zvětšujícím se průměrem lopatkování (od paty ke špičce)
3) Snížení hodnoty (u/cf) pod optimální hodnotu
• V důsledku větší rychlosti expanze jsou menší kapky vody. Větší rychlost v mezeře mezi rozváděcími
a oběžnými lopatkami způsobí rozdrobení velkých kapek, které mají na erozi zásadní vliv.
27
Aktivní prostředky předcházení erozním účinkům
Strany 128÷129
2) Konstrukční provedení průtočné části, které napomáhá odvodu vlhkosti mimo turbínu
nebo se zmírnění jejího erozního účinku ( … pokračování)
• Odstranění vlhkosti z prostoru za rozváděcími lopatkami. V
zakřiveném proudu za rozváděcími lopatkami se působením
odstředivých sil dostává vlhkost k obvodu stupně. Odkud se
odvádí mimo těleso turbín. (Pozor na to, že pokud se s vodou
odsaje i pára, může se narušit proudění páry ve stupni a snížit
účinnost stupně).
• Takové provedení průtočné části, aby se vodní film na stěnách
vzniklý odstřikováním vody z oběžných lopatek nemohl dostat
zpátky do parního proudu.
• Odsávání vodního filmu z povrchu rozváděcích lopatek a odvod
vody mimo průtočnou část
Rozváděcí lopatka posledního NT stupně
28
Pasivní ochrana pro zmenšení dopadů eroze
Strana 129
Pasivní ochrana musí být provedena tak, aby zaručila vysokou odolnost lopatky v místech exponovaných
z hlediska eroze, ale nemá mít negativní vliv na mechanické vlastnosti základního materiálu lopatky a
nezpůsobit nepřijatelné zeslabení profilu lopatky.
Typy ochrany :
1. Použití materiálů odolných proti erozi, s dostatečnou houževnatostí jako
jsou nerezavějící oceli a titanové slitiny.
2. Úprava náběžné hrany lopatek v místech, kde dochází k intenzivní erozi
(oblast u špičky lopatky).
• Povrchové kalení.
• Ochrana materiály, které jsou odolné proti erozi, ale nejsou vhodné pro
celou lopatku. To jsou například stelitové pásky připájené stříbrnou
pájkou.
• Elektrojiskrové nebo plazmové nanesení tvrdé ochranné vrstvy z
rychlořezné oceli (WC+TiC+Co), wolframové slitiny nebo stelitu.
Různé způsoby realizace náběžné hrany z odolného materiálu
Zdroj obrázku A.S.Leizerovich : Steam Turbines for Modern Fossil-fuel Power Plants. str. 157
29
Eroze při výjimečných provozních podmínkách
Strana 129
Pozor - s růstem podílu výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů roste potřeba provozovat ostatní zdroje se sníženým výkonem - proto se dá očekávat, že problémy zde popsané budou v nejbližších letech častější !
U dlouhých lopatek posledního stupně se mění erozní účinky mokré páry se změnou zatížení turbíny.
Při malých výkonech turbíny zpracovává stupeň malý tepelný spád, takže je i malá rychlost c1. Kapičky vody se neroztříští, ani se neurychlí. Intenzita eroze je pak vysoká.
Eroze při sníženém zatížení
30
Eroze při výjimečných provozních podmínkách
Zdroje obrázků : • Flow conditions in the last stage during idling
operation, autoři : L. Tajč, L. Bednář, M. Hoznedl• HSB (The Hartford Steam Boiler Inspection & Insurance
Company)
(b)
(a)
Eroze od zpětného prouděníPři velmi nízkých zatíženích a zejména při chodu naprázdno není v oběžných lopatkách jednoznačný směr
proudění. Vlhká pára, která vystupuje z oběžných lopatek v oblasti blíže špičky, se ve víru vrací nazpět a
dopadá na odtokovou část lopatek u paty. Pokud se s párou budou vracet i kapičky vody může dojít u paty
lopatek z hlediska jejich pevnosti k velmi nepříjemné erozi.
Eroze výstupních hran od zpětného proudění.
Porovnání oblastí lopatky kde probíhá :a) standardní
(dopředná) eroze
b) eroze od zpětného proudění
31
Erozní koroze materiálu proudící vlhkou párou
Strany 136÷137
Při proudění mokré páry průtočnými částmi turbíny a potrubími vyrobenými z nelegovaných ocelí dochází ke korozně eroznímu napadení materiálu (zejména v ohybech). Mezi vodou ve vlhké páře a ocelovým materiálem probíhají dvě chemické reakce :
První reakce: Fe + 2 H2O + ½ O2→ Fe(OH)2 + H2O převládá při teplotách 120 °C ÷ 170 °C. Vzniká při ní na povrchu ocelových dílů vodou rozpustný hydroxid železnatý Fe(OH)2. Reakce by se zastavila, pokud by se voda v blízkosti ocelových stěn nasytila ionty železa. Vodní film s vysokým obsahem iontů železa je však prouděním odnášen a je nahrazován novým filmem z vlhké páry - bez iontů Fe. Tím dochází k trvalé erozní korozi materiálu.
Druhá reakce: 3Fe(OH)2 → Fe3O4 +2 H2O + H2 převládá při teplotách nad 170 °C. Je vítaná, neboť magnetit Fe3O4, který má prakticky stejný součinitel roztažnosti jako ocel, je ve vodě nerozpustný a pevně ulpívá na ocelových stěnách. Chrání ocelový materiál před korozí – rozpouštění železa ve vodě.
Ochrana proti erozní korozi:
• Použití materiálů odolných erozní korozi. Jsou to oceli legované chromem a niklem.
• Navařování vrstvy chromové oceli, niklové oceli nebo niklu na povrchy dílů z uhlíkové oceli.
• Dávkování chemikálií do páry, které erozní korozi materiálu zabraňují
• Používání vysoce alkalické páry (s pH 9,6 ÷ 10,2), která zamezuje erozní korozi. Vysoké alkality páry se
dosahuje dávkováním čpavku do trasy kondenzátu.
33
Systém odvodnění
Zdroj : Provoz parních turbín ŠKODA v paroplynovém cyklu, Pavel Půlpán, BP, ZČU 2013 str. 20-21.
Zapojení odvodnění
Uzavírací armat.
odvaděče
Automa-tický
odvaděč
Ovládaný ventil
obtoku
Ruční ventil
pro seřízení obtoku
Jedním z klíčových systémů parních turbíny (a parních turbín na sytou
páru zvlášť) je systém odvodnění.
Průtočná část musí být navržena tak, aby se v ní ani trvale, ale ani během
nestandardních provozních stavů (např. při najíždění) nehromadil
kondenzát z páry nebo odloučená vlhkost z páry. Tj. vnitřní povrchy v
průtočné části musí být spádovány a v nejnižších místech jsou pak
otvory, jimiž zkondenzovaná nebo odloučená vlhkost opouští průtočnou
část a je potrubím a odvodňovacími armaturami odváděna do sběren
odstupňovaných podle tlaku v příslušném odvodňovaném místě. Sběrny
jsou potrubím propojeny s expandérem provozních kondenzátů, který
slouží pro uvolnění páry z přiváděných kondenzátů.
Trasy odvodnění vedoucích do sběren jsou opatřeny armaturami a
odvaděči kondenzátu, které za normálního provozu zajišťují odvodňování
automaticky + jsou opatřeny obtoky, které jsou při normálním provozu
uzavřeny. Obtoky jsou vybaveny bud' elektricky nebo pneumaticky
ovládanými uzavíracími ventily, za nimiž jsou umístěny ruční ventily
s regulační kuželkou, které slouží k nastavení optimální velikosti průtoku kondenzátu/páry.
34
Systém odvodnění
Zdroj : Provoz parních turbín ŠKODA v paroplynovém cyklu, Pavel Půlpán, BP, ZČU 2013 str. 20-21.
Funkce automatického odvaděče kondenzátu
Hlavní částí odvaděčů kondenzátu (typu GESTRA) jsou bimetalové ventily, které přímo řídí polohu kuželky
a automaticky regulují odtok kondenzátu. Regulátor pracuje na principu bimetalových destiček
vyrobených z feritické a austenitické oceli. Tyto destičky se deformují následkem teploty protékajícího
média. Za studeného stavu je odvaděč je naplno otevřen a kondenzát a může procházet (stav 1 na
obrázku). Tlak média v odvaděči působí na kuželku a snaží se odvodnění otevírat. Vlivem teploty se ale
destičky začínají deformovat. Velikost jejich deformace odpovídá velikosti zdvihu kuželky ventilu. Vzniklá
deformační síla působí nahoru proti směru tlaku média a snaží se odvodnění uzavřít (stav 2 na obrázku).
Poloha kuželky je dána vzájemným poměrem sil od teploty a tlaku protékajícího média. Charakteristika
regulátoru je taková, že poloha kuželky ventilu sleduje křivku sytosti vodní páry. Regulátor je seřízen tak,
aby ventil začal otevírat cca 10 °C pod křivkou sytosti. Teplota nad tímto limitem znamená, že jde o páru a
ventil je uzavřen (stav 3 na obrázku). Opačně, je-li teplota pod tímto limitem,
ventil otevírá a kondenzát odtéká do sběrny.
Konstrukce ventilů je zároveň navržena tak,
že pracují jako zpětné klapky. To znamená,
že zabraňují zpětnému proudění média do
odvodňovaného systému v případě vzniklé-
ho přetlaku ve sběrně. Odvaděče jsou
rovněž vybaveny sítky, která chrání jejich
mechanismus před poškozením nečistotami.
36
Poruchovost parních turbín
15 nejčastějších důvodů poruchy parních turbín ve fosilních blocích v USA v letech 1998-2002 (*)
(*) Vyhodnocení bylo provedeno následujícím postupem : porucha je hodnocena výpadkem MWh, hodnocený trh je USA v letech 1998-2002, data poskytly
NERC (North American Electric Reliability Council) a EPRI (Electric Power Research Institute).
Zdroj : Proceedings of International Association of Engineering Insurers 38th Annual Conference – Moscow 2005
37
Zdroj : Proceedings of International Association of Engineering Insurers 38th Annual Conference – Moscow 2005
Detailní rozbor příčin poruch
z hlediska četnosti a nebezpečnosti
Frequency rank - „Četnost příčiny“ 1 … nejčetnější ; 4 .. nejméně četné
Severity rank - „Nebezpečnost následků“ 1 … nejzávažnější; 4 .. nejméně závažné
Závěry z tabulky :• Nejčetnější příčina poruch je poškození
ložisek kvůli ztrátě mazacího oleje, naštěstí její důsledky nejsou nejzávažnější.
• Naopak nezávažnější následky s sebou nese přetočení rotoru na vyšší než povolené otáčky při selhání regulačních a rychlozávěrných ventilů a/nebo pojistného regulátoru, naštěstí toto není příliš časté.
• V kombinaci četnosti a závažnosti jsou významné i poruchy lomem oběžných lopatek nebo bandáže z důvodu únavy, eroze, koroze nebo rubbingu a poruchy na rotoru z důvodu vysokých vibrací a rubbingu. Pozn. rubbing : i při malém kontaktu rotoru a statoru dojde ke tření => k lokálnímu ohřevu materiálu => tepelnou roztažností se kontakt mezi rotorem a statorem zintenzivňuje a situace se zhoršuje v čase …
Poruchovost parních turbín
38
Příklady poruch a jejich následků
Zdroj a další info :http://en.wikipedia.org/wiki/Duvha_Power_Stationhttp://nolstuijt.wordpress.com/2011/11/27/duvha-powerstation-turbine-blowup-sa/
Nezávažnější porucha - přetočení rotoru na vyšší než povolené otáčky při selhání regulačních a rychlozávěrných ventilů
Zde příklad z el. Duvha v JAR, kde 9.2.2011 při zkušebním testu došlo k přeotáčkám a během 10 sekund otáčky dosáhly 4500 ot/min (místo max. možných 3600 ot/min ) a došlo k destrukci stroje.
39
Příklady poruch a jejich následků
Zdroj : Proceedings of International Association of Engineering Insurers 38th Annual Conference – Moscow 2005. Fotografie poskytnuté organizací HSB (The Hartford Steam Boiler Inspection & Insurance Company)
Únavové poškození posledních lopatek v kombinaci s erozí výstupních hran od zpětného proudění při ventilaci
Poškození bandáží při vniknutí vody do tělesa a při následném pokusu otočit „zadřeným“ rotorem pomocí natáčedla
Lom lopatky z důvodu koroze pod napětím v místě ovlivnění materiálu povrchovým kalením
Zadření, téměř „navaření“ rotorových ucpávkových plechů do statoru (vnitřního tělesa)
40
Inspekce, údržba a opravy parních turbín
LTSA (Long term service agreement) - smlouva o dlouhodobé údržbě, kdy sjednaná organizace (obvykle výrobce) zajištuje např. za pevný roční paušál servis parní turbíny a zajištění její provozuschopnosti
• Prediktivní, proaktivní údržba - hledají se kořenové příčiny poruch a na jejich základě
se stanovují postupy jak jim předcházet resp. jaká opatření, např. jaký typ diagnostických
měření je žádoucí, aby se na základě jejich výsledků, dal předpovídat stav zařízení a
pravděpodobnost porucha a podle toho plánovat údržbu objednávat náhradní díly apod.
• Plánovaná údržba - inspekce, údržba a opravy parních se plánují a provádí v pravidel-
ných intervalech určených předpisem výrobce, nebo vnitřním předpisem provozovatele.
• Nahodilá údržba - je reakcí na nějakou poruchu nebo událost, která brání řádnému
provozování. Během uvádění do provozu, kdy je riziko poruch největší, zajišťuje tuto
činnost výrobce. Po předání k řádnému provozu ji zajišťuje provozovatel nebo případně i
výrobce a to buď formou „hotline“ nebo „LTSA“.
41
Typický rozpis plánované údržby
Popis činnosti
Denně • Vizuální kontrol úniků (olej, pára). Sledování nezvyklého hluku a vibrací. Ucpání filtrů. Abnormality provozu.
Týdně • Diagnostické měření pro pravidelné vyhodnocování účinnosti stroje a sledování jeho trendu. • Test záložního a pomocného olejového čerpadla.• Kontrola ochran na množství a tlak mazacího oleje.• Simulovaný test přeotáčkové ochrany (pokud je k dispozici).• Testy pohyblivosti rychlozávěrných a regulačních ventilů (včetně vnitřních reg. ventilů a
mezistěn).
Měsíčně • Vzorkování mazacího a regulačního oleje na obsah vody a nečistot.• Ty z týdenních testů, které byly s ohledem na dlouhodobě uspokojivé výsledky přeplánovány
z týdenních na měsíční.
Ročně • Inspekce a testování všech regulačních ventilů a zpětných klapek, včetně pohonů (servomotorů) a jejich mechanických částí (ložiska, hřídele, vřetena) na opotřebení, poškození a úniky.
• Inspekce ucpávek, ložisek, systémů mazání a odvodnění na opotřebení, úniky, vibrace, ucpání filtrů a degradaci od mechanických či tepelných vlivů.
• Inspekce (vizuální, mechanická, elektrická) veškerého řízení a ochran.• Vizuální inspekce ozubení převodovky (pokud je použita)
Zdroj : Proceedings of International Association of Engineering Insurers 38th Annual Conference – Moscow 2005
42
Typický rozpis plánovaných servisních akcí
Provozních
hodin
Let od
uvedení
do prov.
Typ
generální
opravy (GO)
10 000 max. 4 Malá
25 000 max. 8 Malá
50 000 max. 15 Velká
75 000 max. 20 Malá
100 000 max. 25 Velká
Zdroj : Proceedings of International Association of Engineering Insurers 38th Annual Conference – Moscow 2005
Malá GO trvá typicky 2÷4 týdny a zahrnuje :
• Otevírání těles, jen pokud je to nutné
• Vizuální kontrola lopatek posledního NT stupně
• Vizuální endoskopickou kontrolu
• Inspekci ložisek
• Kontrolu souososti spojek
• Kontrolu popř. kalibraci ochran turbíny a generátoru
• Kontrolu a nastavení / rekalibraci řídícího systému
turbíny
• Kontrolu čerpadel a systémů mazacího a regulačního oleje
• Inspekci ventilů
• Kontrolu systémů kondenzace a regenerace
• Vizuální kontrolu konců vinutí statoru a dalších částí generátoru, ale bez demontáže rotoru generátoru.
• Kontrolu budicího zařízení (budič, kartáče a kroužky buzení)
• Další kontroly podle typu stroje a provozních událostí a zkušeností.
43
Typický rozpis plánovaných servisních akcí
Provozních
hodin
Let od
uvedení
do prov.
Typ
generální
opravy (GO)
10 000 max. 4 Malá
25 000 max. 8 Malá
50 000 max. 15 Velká
75 000 max. 20 Malá
100 000 max. 25 Velká
Zdroj : Proceedings of International Association of Engineering Insurers 38th Annual Conference – Moscow 2005
Velká GO trvá typicky 4÷8 týdnů a zahrnuje :
• Veškeré aktivity uvedené v rámci malé GO
• Otevření všech těles turbíny
• Inspekci všech lopatek
• Komplexní prověření spojek
• Otevření generátoru a kontrolu rotoru generátoru
• Komplexní kontrolu vinutí i kostry statoru a dalších
částí generátoru
• Demontáž a kontrolu budicího zařízení (budič, kartáče a kroužky buzení)
• Další kontroly podle typu stroje a provozních událostí a zkušeností.
+ po dosažení 100 000 provozních hodin je doporučeno provést analýzu zbytkové životnosti
kritických komponent namáhaných tečením (tj. pracujících ve vysokých teplotách) : rotoru, namá-
haných částí těles a ventilů. Další plán údržby + případný plán výměny kritických komponent se stanoví
na základě výsledků této analýzy.
44
Retrofit
S ohledem na pokroky ve vývoji turbín je možné na rámec rozsahu velké GO zvažovat
též provedení „retrofitu“ tj. různě rozsáhlé výměny kritických částí parní turbíny s cílem nejen obnovení životnosti, ale i zvýšení účinnosti.
Možné cíle retrofitu :
1) zvýšení termo-
dynamické účinnosti
2) obnovení životnosti
3) realizace požadavků
na vyvedení odběrů
páry pro různé
technologické i
teplofikační potřeby
Možné formy retrofitu a jejich využitelnost pro dosažení cíle :
Forma \Cíl 1) 2) 3)
výměna rozváděcích kol vhodné nestačí nestačí
výměna nadbandážových těsnění
vhodné nestačí nestačí
výměna průtočné části (rozváděcí kola a oběžné
lopatky, popřípadě celý rotor)
vhodné vhodnéjen
částečně
zpravidla nestačí
výměna celých dílů (VT,ST,NT) vhodné vhodné vhodné
45
Retrofit
Příklad retrofitu středního rozsahu - formou výměny průtočné části :
=> výměna průtočné části NT dílu u dvoutělesové turbíny 75 MW
46
Retrofit
Příklad retrofitu velkého rozsahu - formou výměny celých dílů :
=> výměna VT, ST, NT dílu třítělesové turbíny 200 MW na původní základ
47
Retrofit
Příklad kombinovaného retrofitu středního až velkého rozsahu
• výměna vnitřních částí VT dílu• výměna celého ST dílu s výjimkou svařence výstupního tělesa• NT díl beze změny